【教学课件】第三节染色质水平调控.ppt
第三节 染色质水平调控,一、异染色质化如水蜡虫（Pseudococcus nipae）（2n=10）在体细胞里来自父本的5条染色体依次被异染色质化，在精子形成时丢失，只保留来自母本的5条染色体。剂量补偿（dosage conpensation）雌性哺乳动物X染色体的失活,莱昂假说（Lyon hypothesiis）（1）巴尔小体是一个失活的X染色体，失活的 过程就称为莱昂化（lyonization）；（2）在哺乳动物中，雌性个体细胞中的两个X 染色体中有一个X染色体在受精后的第16 天（受精卵增殖到5000-6000，植入子宫 壁时）失活；（3）两条X染色体中哪一条失活是随机的；（4）X染色体失活后，细胞继续分裂形成的克 隆中，此条染色体都是失活的；（5）生殖细胞形成时失活的X染色体可得到恢 复。,1.无汗性外胚层发育不良(anhidrotic ectodermal dysplasia)2.三色猫 3.G-6-PDH二.组蛋白与非组蛋白三.DNase的敏感性和基因的表达 高泳动蛋白(high-mobility group,HMG)HMG14 和 HMG17四.座位控制区(locus control region,LCR)特化染色质结构(specialized cromatin structures,SCS or SCS)隔离子或绝缘子(insulator),1染色质结构改变模型-组蛋白置换,(1)占先模型(pre-emptive model)模型认为：决定的因素是转录因子和组蛋白谁先占据调控位点。DNA复制时，组蛋白8聚体解离，转录因子乘机结合到调控位点上，一直持续到下一个复制周期，抑制了组蛋白和DNA的结合。例1：当5S rRNA基因与组蛋白结合时TFA不能激活此基因。而TFA可与游离的5S rRNA基因结合，再加入组蛋白不能使此基因失活。例2：含腺病毒启动子的质粒能被TFD结合，再被RNA pol 转录，如先加入组蛋白，则不起始转录，如先加入TFD则形成的染色质中，模板仍能转录,染色质的占先模型提出：如在启动子上已形成了核小体，那么转录因子和RNA聚合酶是不能和启动子结合的；如转录因子和RNA聚合酶在启动子上已建立了稳定的起始复合体，那么组蛋白将被排除在外。,(2)动态模型(dynamic model)近来研究表明：组蛋白置换需输入能量。一些转录因子结合DNA时可裂解核小体，或建立一个可产生核小体定位结合位点的边界。如果蝇Hsp70启动子上的核小体在体外实行 重建。GAGA(细胞核结合蛋白)转录因子与启动子中4个富含(CT)n位点结合，破坏了核小体，形成一高敏感区，而且导致邻接的核小体重排，这样它们就优先插入到随机位点。核小体打开的过程是需要水解ATP的耗能过程。,染色质的转录模型依赖于那些通过水解ATP提供能量，从特异DNA序列取代核小体的因子,3.组蛋白的乙酰化和去乙酰化控制染色活性,组蛋白的乙酰化和基因表达的状态相关。组蛋白H4的去乙酰化是雌性哺乳动物一条X染色体失活的原因之一。HATs(histone acetytransferases)组蛋白乙酰化酶HDACs(histone deacetylases)HATs有两组，一组为A组，和转录有关；另一组是B组，和核小体装配有关。,辅激活因子可能有HAT乙酰化核小体组蛋白尾巴的活性,去乙酰化和基因活性的阻遏有关。在酵母中SIN3和Rpd3的突变将阻遏基因转变。SIN3和Rpd3与DNA结合蛋白Ume6形成复合物，而此复合物阻遏具有由Ume6 结合的URS1(上游阻遏序列)元件的启动子转录。Rpd3具有HDACs活性。,阻遏复合体含有3个成分：DNA结合亚基，辅阻遏物和组蛋白的去乙酰化酶,Pc-G蛋白不起始阻遏，但可维持阻遏,用DNAaseI来鉴别基因的活性,在成体的红细胞中，成体-球蛋白基因对DNAaseI的降解是高度敏感的，对胚胎-球蛋白基因是部分敏感的(可能是由于扩散效应)，但对卵清蛋白基因是不敏感的。,胚胎-球蛋白基因,成体-球蛋白基因,卵清蛋白基因,五.大范围调节与功能区的隔离,LCR(locus control region)5端调控位点，起初级调控作用，它即是一簇超敏感位点。,HS4,(specialized chromatinsructures),.核基质蛋白,核基质(nuclear matrix)骨架蛋白(scaffolding protein)核基质结合区(matrix association,MAR)骨架附着区(scaffold attached region,SAR)限定子(delimiter)绝缘体(insulators),(Matrix attachment site),第四节 DNA水平的调控 一.DNA的甲基化与去甲基化,二.亲本印记(imprinting),印记:来源于父母本的一对等位基因表达不同。如源于父本的IGF-(胰岛素样生长因子)基因可表达，而源于母本的则不能表达。此是由于卵母细胞中的IGF-已被甲基化，而精子中的IGF-未被甲基化，所以这一对等位基因在合子中表现不同。目前在人类和鼠身上已辨明了20种印迹基因。大多数人类的印迹基因集中在三个簇中。在每个基因簇上都存在着特异的印记盒(imprinting box)，能顺式调节印迹基因的亲本特异性表达，这些位点表现出亲本特异性的甲基化作用和去甲基化作用。,亲本的IGF-等位 基因在早期胚中被差异甲基化，在成体形成配子时仍保留原甲基化的模式。,第五节转录水平的调控一顺式作用元件和反式作用因式元件：(1)核心启动子成分，如 TATA 框；(2)上游启动子分，如 CAAT框,GC框;(3)远上游顺序：如增强子，减弱子、静 息 子,酵 母 的 UAS（upstreamactivator sequences）等。(4)特殊细胞中的启动子成分：如淋巴 细胞中的 Oct(octamer）和B。,反式作用因子可以分为3类；(1)通用反式作用因子，主要识别启动子的核 心启动成分，如TBP；（2）特殊组织与细胞中的反式作用因子，如淋巴细 胞中的Oct-2；（3）和反应性元件（response elenents）相结合的反 式作用因子。如HSE（热休克反应元件，heat shock response element），GRE（糖皮质激素反应元件glucocorticoid response element）；MRE（金属反应元件，metal response element）；TRE（肿瘤诱导剂反应元件，tumorgenic agent response element);,(一)蛋白质直接和DNA结合1.螺旋转角螺旋（Helix-turn-helix,HTH）：如LacO的R蛋白，的CI，Cro蛋白，涉及酵母交配型的a1和a2蛋白。真核生物中的Oct-1和Oct-2；2.锌指结构（zinc fimger）单个的锌指保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His 型:2Cys/2His:TF IIIA,SP1 型:2cys/2cys:GAL4,3.亮氨酸拉链（Leucine ziipper）同二聚体（honwdimers）异二聚体（hefercdimers）C-Jun,C-Fos,Myc,4.螺旋一环一螺旋（HLH）在HLH中带有碱性区的肽链称为 碱性HLH（bHLH，protein）。bHLH又分为两类。A类是可以广泛表达的蛋白，包括哺乳动物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增强子中的元件结合）和果蝇da（daughterless,性别控制的总开关基因）的产物；B类是组织特异性表达的蛋白，包括哺乳动物的MyoD(肌浆蛋白（myogen）基因的转录因子 果蝇的AC-S（achaete-scute 无刚毛基因的产物）,5同源异形结构域（Homeodomains，HD）是一种编码60aa的序列，长180bp，它存在于很多控制果蝇早期发育基因中，在高等生物中也发现了相关基序。HD的C-端区域和原核阻遏蛋白的HTH同源，但也有几点不同:（1）HD的C端由3个-螺旋构成，螺旋3结合于大沟，长17aa；而阻遏蛋白由5个-螺旋构成，螺旋3长仅9个 aa；（2）原核的HTH的以二聚体形式与DNA结合，靶序列是回文结构，而HD是以单体形式与DNA结合，靶序列不是回文结构；（3）HD N-端的臂位于小沟，而HTH螺旋1的末端与DNA的背面接触。,（二）蛋白质和配基的结合 甾类受体蛋白一般都具有3个不同的功能区：（1）N-端区是激活转录所需的区域，不 同受体之间此区的同一性仅小于15%；（2）DNA结合及转录活化区，同一性较高为94-42%；（3）C-端的激素结合和二聚体形成区，同一性为57-15%。,(二)蛋白质之间的相互作用 酵母半乳糖代谢中GAL80和GAL4的相互作用：酵母半乳糖代谢调控和gal操纵中的调控形式是 完全不同的：（1）被调节的基因多位于不同的染色体上；（2）负调节蛋白GAL80不直接和DNA结合，而是和 GAL4结合，占据其功能域来阻遏转录的；（3）作为正调节因子不仅需要半乳糖作为诱导物，还需要GAL4蛋白作为转录因子，它不是像原核中的正调节蛋白仅和操纵子中的操纵基因结合，使整个基因簇得以转录，而是分别和各个被调节基因上游元件UAS结合，促进转录。,第六节 转录起始和加工的调节,一.转录起始的选择酵母蔗糖酶基因，有6个基因（Suc15,7）位于不同的染色体上。每一个基因都可以转录合成蔗糖酶，但有胞内酶和胞外酶两种不同形式。前者的合成不受葡萄糖存在的影响，但含量低；后者的合成受到葡萄糖的抑制。,两种酶的结构相似，胞外酶仅多了信号序列，经切除后胞外酶比胞内酶在N-端仅多了一个Ser经分析发现Suc-2 基因有3个TATA框，但尚不清楚和2种酶的关系，也没有确定是否存在cAMP-CAP位点。,二选择性加工(一)不同5端的选择(二)选择不同的3端(三)选择不同外显子,第七节 翻译的调控,一.mRNA运输控制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节;二mRNA翻译的控制三mRNA的结构和翻译的效率四翻译的起始调节五选择性翻译六反义RNA调控七翻译的自我调节,和珠蛋白的合成。(P 221)在二倍体细胞中都有4个-珠蛋白基因，它们之间的浓度比应是：=2：1，而实际上是1：1在无细胞系统中加入等量的mRNA和mRNA和少量的起始因子,结果合成的-珠蛋白仅占3%。当加入过量的起始因子时珠蛋白和珠蛋白之比为1.4：1，接近1：1，表明翻译起始因子和两种mRNA的亲和性不同。,第八节 细胞周期的调控,真核生物细胞有丝分裂周期有两个关键的过程：一.细胞周期与调节“起点”（start），M期进入限制点（commitment to M phase）成熟促进因子。（muturior promoting factor，MPF）。后又称为M期促发因子（M-phase puomoting factor,MPF）。周期蛋白(cyclin),在M期活化的p34-cycin B可以使下面一组蛋白磷酸化(1)使层连蛋白（Lamins）磷酸化，使得细胞 在分裂期核模解体；(2)使组蛋白H1磷酸化,导致染色体的凝聚；(3)使微管蛋白磷酸化，导致细胞骨架的重新 组合，为细胞分裂做好准备；(4)使泛蛋白连接酶体系（Ubiquitin ligase system）磷酸化，此即是依赖泛素的蛋白 水解酶，它们经磷酸化激活后可使 Cyclin-B的降解，促进细胞进入G0/G1。,p34的Ser217被磷酸化，p34-cyclin A活化，具有丝/苏氨酸蛋白激活性，能激活某些转录因子，使这些因子能与细胞周期盒序列（ACGCGTNA）相结合，起动与DNA复制有关的基因群：cdc6 编码DNA合成酶cdc8 编码胸苷激酶cdc9 编码DNA连接酶cdc21 编码胸苷酸合成酶。,
